智能制造的理想終局：

工 業(yè) 4.0

第四次工業(yè)革命正快速影響著制造業(yè)處理工作中重大挑戰(zhàn)的方式，例如用工短缺，供應鏈管理和作業(yè)安全。

長期以來，疫情影響著各行各業(yè)，將繁多的機遇與挑戰(zhàn)呈現(xiàn)在我們面前。盡管全球經(jīng)濟逐漸復蘇，商品的流通也明顯反彈，制造業(yè)用工荒仍在持續(xù)。由此產(chǎn)生的可觀的工業(yè)自動化需求，將工業(yè)機器人的交付周期從疫情前的六個月拉長到了一年。

在這樣動態(tài)的環(huán)境下，更多的制造業(yè)者開始思考如何有效的改善原材料的供應以確保市場需求得到滿足，同時保持原料成本和質量的可控。為此，大量工業(yè)4.0(Industry4.0或I4.0)的解決方案得得以在疫情期間加速推進，例如：

3D打印技術

高級機器人

可穿戴設備、增強現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實技術

物聯(lián)網(wǎng)技術(IoT)

人工智能技術

工業(yè)4.0，指的是在制造業(yè)中應用大量的自動化和上述前沿技術，以支持決策，同時提升生產(chǎn)力的制造業(yè)技術發(fā)展趨勢。本文將著重展示該技術革命中的前沿發(fā)展現(xiàn)狀，以及制造業(yè)者們如何利用這些技術以應對日常工作中的重大挑戰(zhàn)。

技術發(fā)展是工業(yè)4.0革命的核心動力

首先，本文將為您展示工業(yè)4.0的關鍵發(fā)展，尤其是跨平臺、跨應用場景的技術發(fā)展及其對制造業(yè)的啟示。

最初，3D打印主要應用于原型設備的制造和小批量的定制生產(chǎn)，并逐漸將其應用場景拓展到大批量的生產(chǎn)制造。因此，3D打印批量生產(chǎn)的速度更快，同時其所需物料的價格正在降低。

近期一項對于定制生產(chǎn)中心的調查結果顯示，相比2020年，73%的機械制造公司在2021年生產(chǎn)或采購了更多的3D打印零部件。盡管現(xiàn)今3D打印對整體制造產(chǎn)量的貢獻仍不足0.1%，這項技術的應用場景和對定制化生產(chǎn)的需求在未來仍將持續(xù)增加。該調查結果還顯示，3D打印市場將以17%的平均年增長率持續(xù)擴張，并有望在2026年形成一個372億美元的市場。

由于新冠疫情帶來的供應鏈阻隔，相當數(shù)量的企業(yè)轉向了3D打印技術以緩解緊繃的產(chǎn)能和工時。在醫(yī)療和健康領域，每當傳統(tǒng)機械無法滿足爆炸增長的需求時，3D打印技術常被應用于打印緊急的醫(yī)療零部件和定制化的產(chǎn)品，諸如口罩，新冠拭子和呼吸機零部件。例如在新冠爆發(fā)的初期，意大利一家3D打印初創(chuàng)公司Isinnova研發(fā)出了關鍵的呼吸機替換閥門；在2020年4月，來自美國的3D打印公司Carbon可每周生產(chǎn)百萬個以上的新冠鼻拭子。

快速原型生產(chǎn)和3D打印在生產(chǎn)領域的另一項主要應用則是激光。這項技術通常被用于高速焊接領域。賓州州立大學的TimothyW.Simpson教授表示：“制造商之間的‘激光戰(zhàn)爭’已經(jīng)打響，這也將給3D打印技術帶來全新的想象空間。”

隨著人工智能和機器學習的發(fā)展與滲透，3D打印機也將在未來持續(xù)的迭代進化。隨著這項技術的生產(chǎn)提速和質量提升，它和傳統(tǒng)制造技術的分庭抗禮的時間點也在不斷臨近。而目前，工程師們正在不斷地降低金屬粉末的生產(chǎn)成本，從而讓3D打印技術變得更具有成本優(yōu)勢。

在新冠疫情的不斷催化作用下，高級機器人在制造業(yè)中的比重在穩(wěn)步提升。一份國際機器人聯(lián)盟的報告顯示，在2021年，全球的每10000名制造業(yè)從業(yè)者中的工業(yè)機器人密度達到了126臺，為歷史新高。而這一指標在2015年時僅為66臺。其中，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的和信息化系統(tǒng)的發(fā)展和整合進一步發(fā)掘了機器人的潛力，并為我們設想的協(xié)同機器人系統(tǒng)（Co-Bots）鋪平了道路。

而在這個過程中，不得不提到新冠疫情帶來的各種挑戰(zhàn)在2021年底起到的推動作用。尤以短期需求波動、斷續(xù)和不可預測的用工荒、防疫措施帶來的作業(yè)場所限制和加速變化的終端需求為甚。國際機器人聯(lián)盟預測直到2024年，工業(yè)機器人市場的年復合增長率將達到5%.

與此同時，機器人系統(tǒng)的整合成本在持續(xù)地下降，這也讓中小企業(yè)在人工成本增長的環(huán)境中實施機器人方案成為了可能。一份ARK Investment Management的報告顯示，到2025年，工業(yè)機器人的單位成本將下降50%至60%。這主要歸功于物料和技術成本的下降、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和云端基礎設施的改進和機器人系統(tǒng)整合成本的降低。